專利名稱:交流工頻低壓正弦波強電流穩(wěn)流裝置的制作方法
本發(fā)明屬于電器測試領域
在電器生產(chǎn)行業(yè)中，我國67年頒布的GB998-67標準(低壓電器試驗方法)對交流試驗電流的波形沒有嚴格的要求，而82年我國正式要求實施的IEC標準明確規(guī)定了試驗電流應為正弦波形(波形失真度應不大于5%)。對一些時間/電流特性有要求的電路(如低壓斷路器，熱脫扣器、熱繼電器、熔斷器等)，在作發(fā)熱試驗或特性試驗時，為提高試驗的精度，要求試驗電流為“穩(wěn)流”。由于低壓電器產(chǎn)品的額定電流自1安以下至數(shù)千安不等，特別是在強電流時，既要電流大，又要波形好，又要求能自動穩(wěn)流，也要求動態(tài)響應時間快。為同時滿足上述全部要求，技術上有較大的困難，到目前為止，國內(nèi)外尚未能較好地解決這一問題。
交流強電流的穩(wěn)流裝置，至今已有三代產(chǎn)品，第一代產(chǎn)品是用人工手動調(diào)節(jié)供電電源的調(diào)壓器輸出電壓，以調(diào)節(jié)低壓升流變壓器的輸出電流，精度極低，不符合標準要求，屬淘汰之列。第二代產(chǎn)品是在電路中串聯(lián)磁性元件(磁放大器)作為調(diào)節(jié)元件。當負載電流改變時，自動改變磁性元件的電抗值，以調(diào)節(jié)輸出電流，缺點是波形失真大，不符合標準要求，第三代產(chǎn)品是伺服系統(tǒng)調(diào)壓穩(wěn)流裝置，它是將主回路試驗電流經(jīng)互感器得到一個與試驗電流成正比的小信號，再將它與預先整定的值(用電位器調(diào)節(jié))進行比較，然后將差值信號放大，帶動慣性很小的電動機(0.2秒)來調(diào)壓，保持電流穩(wěn)流。目前我國尚無此第三代產(chǎn)品。
本發(fā)明的交流工頻低壓正弦波強電流穩(wěn)流裝置，其動態(tài)響應時間將大大小于西德BBC研制的第三代產(chǎn)品。
本發(fā)明的穩(wěn)流裝置在于采用了以下技術方案
＊采用時間常數(shù)小的與交流繞組串聯(lián)的外反饋磁放大器作為調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)。
＊采用并聯(lián)三次和五次諧波濾波器，以及采用串聯(lián)偶次諧波抑制器，以削弱負載試驗電流中的諧波分量。
＊采用比例一積分閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
＊采用多臺低壓升流變壓器或多磁路變壓器方案，對阻值變化大的負載(如熔斷器與熱繼電器檢驗臺)用在一個升流變壓器原繞組中串聯(lián)電阻的方法，來降低電路總阻值變化的比值，用以減小動態(tài)響應時間。
＊在磁放大器的位移繞組供電電路中，以串聯(lián)電抗器抑制偶次諧波，而減小時間常數(shù)。
＊適當提高控制繞組的電源電壓，并在控制繞組電路中串聯(lián)電阻，用以減小時間常數(shù)。
本發(fā)明的實施方案見附圖。
圖中T1、T2、T3為三臺參數(shù)相同的降壓升流變壓器或多磁路變壓器，三臺變壓器副邊繞組串聯(lián)，被試電器RL接在上述變壓器的副邊回路。T1變壓器的原繞組與磁放大器MA相串聯(lián)后接至調(diào)壓器T。磁放大器MA的交流繞組MN串聯(lián)連接，并具有外反饋繞組Nf。在外反饋繞組Nf回路中串入電抗器L3，位移繞組Nd回路中串入電抗器L4，它們都是為抑制偶次諧波的電抗器。圖中F為由L1、C1及L2、C2組成的奇次諧波濾波器。T2變壓器的原邊用開關K可轉換成使原繞組短路或?qū)⒃@組接至電源電壓。在電流互感器CT的副邊串入一低值電阻R1。位移繞組Nd通以電流Id后，用做位移磁放大器的輸入/輸出特性。T3變壓器原繞組中串聯(lián)可調(diào)電阻器R，它根據(jù)負載電阻的變化大小來選擇電阻值。若R( (N2)/(N1) )2＞RL，則由于RL阻值變化而引起的回路總電阻變化的比值，即可相應減小。當輸出的電壓要求低于每一升流變壓器的副邊額定電壓U2時，可將T2變壓器原繞組開關K短接，此時T2變壓器副邊輸出電壓為零。當輸出的電壓要求大于U2時，則將T2原繞組接至電源電壓。
控制繞組Nc中電流Ic的改變能使磁放大器交流繞組NN的阻抗改變，可以改變輸出電流IL的大小，調(diào)節(jié)輸出電流時，先將電位器W的輸出電壓調(diào)至零，調(diào)節(jié)調(diào)壓器T的輸出電壓為某一定值(用電壓表V1讀數(shù))，然后將電位器W的輸出電壓逐漸調(diào)大，此電壓輸入到比例積分調(diào)節(jié)器A，再經(jīng)過放大器B1，放大器B1的輸出電流Ic增加，Ic流入磁放大器的控制繞組Nc，隨之輸出負載電流IL也增大，電流互感器CT副邊電路中，電阻R1上的電壓降也增加，此電壓送至比例積分調(diào)節(jié)器的反饋電路，調(diào)節(jié)器即進行負載電流IL的自動調(diào)整，用改變電位器W輸出電壓的大小，來調(diào)節(jié)負載所需的電流值IL。
磁放大器是一種非線性元件，工作時交流繞組NN中電流I1有奇次諧波分量。因此，在變壓器T1原繞組兩端與濾波器F相并聯(lián)，L1、C1組成三次諧波濾波器，L2、C2組成五次諧波濾波器(如果五次諧波分量很小時，L2、C2亦可不用)，使負載電流IL中的奇次諧波分量大大削弱，由于在反饋繞組Nf及位移繞組Nd中會感應偶次諧波電勢，在反饋繞組回路中串聯(lián)電抗器L3和在位移繞組Nd回路中串聯(lián)電抗器L4，以阻止偶次諧波電流的流通。反饋繞組Nf中的偶次諧波減少后，T1原繞組及負載電流IL中的偶次諧波分量也被削弱，抑制了位移繞組Nd回路中的偶次諧波電流，能有效地減小磁放大器的時間常數(shù)。
奇次諧波濾波器F中電感L1、電容C1的參數(shù)選擇，可以滿足以下公式
L1C1= 1/((2π×150)2)
L1＝ 1/((2π×50)2C1)
L2與C2的參數(shù)選擇可以滿足以下公式
L2C2＝ 1/((2π×250)2)
L2＞ 1/((2π×50)2C2)
L2的電感值選擇范圍可以為幾十到幾百毫亨。
采用了上述措施和參數(shù)，能有效地改善輸出電流的波形。本發(fā)明方案可以使用輸出波形較差的感應式調(diào)壓器做為電源調(diào)壓器T1，使已被試驗站所淘汰的，但輸出容量較大的感應式調(diào)壓器重新得到使用，可節(jié)約設備投資費用。
選擇交流繞組串聯(lián)連接和采用外反饋磁放大器，在位移繞組中串聯(lián)電抗器L4(L4的參數(shù)應盡量選大，可選擇在幾百毫亨以上)，以及在磁放大器設計時采取其他減小時間常數(shù)的措施，都是為減少裝置的動態(tài)響應時間所必需。由于采取了上述一系列措施，整套裝置又為靜止式，響應時間大為減少。
目前國外第三代穩(wěn)流裝置中，西德的穩(wěn)流裝置的參數(shù)為負載阻值變化10%，響應時間為0.4秒;負載電阻變化51%時，響應時間為1.8秒。
本發(fā)明的裝置采用了多臺升流變壓器(也可多于三臺)，交流繞組串聯(lián)接法的外反饋磁放大器，諧波濾波器和抑制器，串聯(lián)可調(diào)電阻器R等一系列措施，不僅輸出電流波形好，而且裝置是靜止式的，其動態(tài)響應時間小，經(jīng)樣機初步試驗，在負載電阻增大400%時，響應時間在1秒以下，穩(wěn)流精度為±1%，輸出電流波形失真度小于5%，輸出電流自零到數(shù)萬安(本樣機輸出電流為0-4000安，輸出電壓為0-10伏)。雖然也采用了磁放大器的方案，但性能上大大優(yōu)于第二代產(chǎn)品和國外最新的第三代產(chǎn)品。
權利要求
1、一種交流工頻低壓正弦波強電流穩(wěn)流裝置，其特征在于在調(diào)壓器T后選用由L1C1及L2C2組成的奇次諧波濾波器F，還有為抑制偶次諧波的電抗器L3，L4。
2、按照權利要求
1項所述的正弦波強電流穩(wěn)流裝置，其中奇次諧波濾波器中電感L1和L2的參數(shù)選擇可以滿足L1C1＝ 1/((2π×150)2) ，L1＞ 1/((2π×50)2C1) 和L2C2＝ 1/((2π×250)2) ，L2＞ 1/((2π×50)2C2) ，還有為抑制偶次諧波的電抗器L3，其參數(shù)選擇范圍可以為幾十到幾百毫亨;L4應盡量選大一點，在幾百毫亨以上。
3、按照權利要求
1、2項所述的正弦波強電流穩(wěn)流裝置，其中為抑制偶次諧波的電抗器是L3和L4，L3與磁放大器MA的外反饋繞組Nf相串接，L4是與位移繞組Nd相串接。
4、按照權利要求
1、2項所述的正弦波強電流穩(wěn)流裝置，其特征在于采用多臺參數(shù)相同的降壓升流變壓器T1，T2，T3或多磁路變壓器。
5、按照權利要求
4項所述的正弦波強電流穩(wěn)流裝置，其特征在于該三臺變壓器T1，T2，T3的副邊繞組以及在變壓器T3的原邊繞組中串聯(lián)有可調(diào)電阻器R，被試電器(負載電阻)RL接在該變壓器的副邊電路上，根據(jù)負載電阻RL的變化大小來選擇可調(diào)電阻器的電阻值。
專利摘要
交流工頻低壓正弦波強電流穩(wěn)流裝置適用于電器的發(fā)熱、特性試驗以及其他需要穩(wěn)流的場合。它的輸出電流波形失真度小于5％，輸出電流由零到數(shù)萬安，輸出電壓0-10伏，允許負載電阻變化范圍400％，穩(wěn)流精度±1％。本裝置采用靜止非線性磁性元件作為調(diào)整電流環(huán)節(jié)，采用閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)濾波環(huán)節(jié)，動態(tài)響應時間小。供電電源調(diào)壓器允許使用感應式調(diào)壓器。
文檔編號G05F1/33GK85100595SQ85100595
公開日1986年8月20日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者方鴻發(fā) 申請人:西安交通大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan